FI123431B - Menetelmä ja laite akun lämmittämiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laite akun lämmittämiseksi

Keksinnön kohteena on laite ajoneuvon akun lämmittämiseksi, kun akku on paikoillaan ajoneuvossa ja jossa laitteessa on verkkovirralla toimiva lämpöelementti 5 akun lämmittämiseksi, yhteysjärjestely virtalähteeseen ja termostaattijärjestely sekä menetelmä laitteen käyttämiseksi akun lämmittämiseksi.

Ajoneuvoissa tarvitaan sähkön lähteeksi akkua tai akkuja, joita yleensä ladataan ajon aikana tai ulkoisesti, kuten sähköllä toimivilla kulkuneuvoilla. Akun toiminta huononee lämpötilan laskiessa, mistä seuraa huonontunut varauskyky ja lisäksi se 10 kylmänä antaa ja ottaa virtaa huonosti. Tämä on ongelmana alueilla, joissa lämpötila on talvikausina pitkiä aikoja huomattavasti veden jäätymispisteen alapuolella. Erityisen ongelmallista tämä on sähkö- ja hybridiajoneuvoissa, joissa akusta otettavaa sähköä käytetään ajoneuvon liikuttamiseen, mikä hankaloittaa sähköajo-neuvojen käyttöä kylmissä olosuhteissa. Yleisesti on tunnettua moottorikäyttöisis-15 sä ajoneuvoissa, että joissain tapauksissa kylmäkäynnistys vie kovalla pakkasella akusta niin paljon virtaa, että ajoneuvolla pitäisi ajaa lähes tunti, jotta akku saisi käynnistyksessä menettämänsä virran takaisin. Lyhyellä matkalla tätä menetettyä virtaa ei ehditä saada takaisin ja akun kapasiteetti alenee pikkuhiljaa. Lisäksi ajoneuvoissa virtaa kuluttavien laitteiden ja järjestelmien määrä on kasvanut ja kyl-20 missä olosuhteissa akun varaustila heikkenee hyvin helposti. Akku ei voi kestää kovin pitkään kylmiä olosuhteita tällaisessa kulutuksessa. Ennemmin tai myöhemmin tällaisissa tapauksissa akku tyhjenee eikä ajoneuvo käynnisty, vaikka moottorilämmitin olisi ollut päällä koko yön.

$2 Kylmissä olosuhteissa käytettävissä ajoneuvoissa käytetään yleisesti moottorin- o ™ 25 lämmittimiä, jotka lämmittävät moottoria ajoneuvon ollessa pysähdyksissä. Näitä o on yleisesti toteutettu kytkemällä moottorilämmitin verkkovirtaan. Tunnetaan akkuja lämmittimiä, jotka toimivat akun omalla virralla lämmittäen akkua ajoneuvon olles- £ sa paikallaan pysäytettynä. Jotta tällaiset lämmittimet eivät tyhjentäisi akkua, tarvi taan yleensä lisälaitteena asennettu verkkovirralla toimiva laturi lataamaan akkua Γ"- 30 moottorinlämmityksen aikana. Tämä johtaa varsin monimutkaiseen ja kalliiseen T- ratkaisuun ja lisäksi se vaatii akun napoihin asennettavan lisälaitteen, jonka olisi oj oltava koko ajan paikoillaan, mikä saattaa haitata akun toimintaa ja muuta käyttöä.

Patenttijulkaisusta US 5994669 tunnetaan akkulämmitin, jossa akku asennetaan ylhäältä avoimeen laatikkoon, jonka seinämissä on lämpöelementtejä. Nämä läm- 2 pöelementit saavat energiansa ulkoisesta vaihtovirrasta tai toisesta akusta saatavasta tasavirrasta. Akkulämmittimessä on ajastin, jolla lämmitin voidaan kytkeä korkeammalle teholle joksikin aikaa, esimerkiksi vähän ennen akun käyttöä. Kuvatunlainen akkulämmitin vaatii akun ympärille tyhjää tilaa, jotta se voitaisiin sijoittaa 5 moottoritilaan. Lisäksi julkaisussa esitetty akkulämmitin vaatii moottoritilan avaamisen ajastimen säätämiseksi.

Patenttijulkaisu US 5281792 esittää systeemin, jossa yhtäaikaisesti lämmitetään sekä ladataan paikallaan olevan ajoneuvon akkua. Tässä esitetään, että akun lämmitys tehostuisi, jos akkuneste saataisiin liikkeelle lämmityksen aikana. Tämä 10 aikaansaadaan lisäämällä moottoritilaan akkua lataava laitteisto, joka lataa akkua aina yhtäaikaisesti lämmityksen kanssa. Julkaisussa mainitaan, että laitteisto ei sovi tyhjän akun lataamiseen, vaan se on erityisesti sovitettu toimimaan lämmityksen kanssa. Kuvatussa laitteistossa akku saa latausvirtaa, vaikka se olisikin täyteen varattu. Monet akunvalmistajat eivät suosittele tällaista, sillä se voi lyhentää 15 akun käyttöikää sekä vikatilanteissa voi tulla ylilatauksen vaara.

Keksinnön tavoitteena on ratkaisu, jolla voidaan merkittävästi vähentää tunnettuun tekniikkaan liittyviä haittoja ja epäkohtia sekä erityisesti saada aikaan akkulämmitin, joka olisi helppo asentaa ja käyttää.

Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan laitteistolla ja menetelmällä, joille on 20 tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

„ Keksinnön perusideana on laite akun lämmittämiseksi, jossa laitteessa on litteä, o joustavasta materiaalista valmistettu osa, jonka sisällä on lämpöelementti akun c\j 25 jonkin sivun lämmittämiseksi, ja tämän osan laidassa on samasta joustavasta ma-^ teriaalista valmistettu uloke, jossa on johtimet lämpöelementin ja virtalähteen välil-

O

lä ja termostaatti akun lämpötilan valvomiseksi, ja laitetta käytettäessä uloke taite-£ taan akun jollekin toiselle sivulle kuin millä lämmitysosa on.

n- j Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa laitteessa ajoneuvon akun lämmit- ^ 30 tämiseksi, kun akku on paikoillaan ajoneuvossa, on verkkovirralla toimiva lämpö- ™ elementti akun lämmittämiseksi, yhteysjärjestely virtalähteeseen ja termostaattijär- jestely. Termostaattorijärjestelyllä varmistetaan, että akku ei ylikuumene lämmityksen aikana. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan laitteessa on lisäksi ensimmäinen osa, jossa on lämpöelementti ja joka on tarkoitettu akun jonkin 3 pinnan lämmittämiseksi, joita pintoja ovat akun sivut ja pohja. Lisäksi laitteessa on kuori, joka ympäröi ensimmäistä osaa ja joka on valmistettu joustavasta materiaalista, sekä termostaattiuloke, joka on ensimmäisen osan laidassa ja jossa on ter-mostaattijärjestely ja yhde lämpöelementistä yhteysjärjestelyyn virtalähteeseen. 5 Termostaattiuloke on samaa materiaalia kuin mainittu kuori ja saumattomasti kiinni ensimmäisessä osassa, ja se on järjestetty käännettäväksi akun jollekin toiselle pinnalle kuin sille, jota mainittu ensimmäinen osa on tarkoitettu lämmittämään, niin että termostaattijärjestely on tällöin vasten mainittua akun toista pintaa.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä suoritusmuodossa termostaattiuloke ja ter-10 mostaattijärjestelyn sijainti termostaattiulokkeessa on järjestetty niin, että termo-staattijärjestelyn sijainti, kun laite on paikoillaan akun lämmittämiseksi, on akun sivussa akkunesteen pintatason alapuolella.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä toisessa suoritusmuodossa termostaattijärjestely on oleellisesti termostaattiulokkeen siinä päässä, joka on kauempana en-15 simmäisen osan laidasta, jossa termostaattiuloke on.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä kolmannessa suoritusmuodossa kuori termostaattiulokkeessa on järjestetty suojaamaan termostaattijärjestelyä ja yhdettä yhteysjärjestelyyn virtalähteeseen.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä neljännessä suoritusmuodossa ensimmäi-20 nen osa on oleellisesti sen akun pinnan muotoinen, jota mainittu ensimmäinen osa on tarkoitettu lämmittämään.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä viidennessä suoritusmuodossa ensimmäi-n sen osan yhdessä tai useammassa laidassa on yksi tai useampi lisäosa, jossa on ° lämpöelementti kuoren sisällä, joka lämpöelementti on jatkuva ensimmäisen osan ώ 25 lämpöelementistä, ja kuori ensimmäisen osan ja kuori lisäosan tai lisäosien välillä & on saumaton. Keksinnön mukaisen laitteen eräässä kuudennessa suoritusmuo-

O

dossa lisäosa on järjestetty taivutettavaksi niin, että se laitteen ollessa paikoillaan £ tulee sellaista akun pintaa vasten, joka pinta on sen akun pinnan vieressä, jota £ ensimmäinen osa on tarkoitettu lämmittämään.

S

^ 30 Keksinnön mukaisen laitteen eräässä seitsemännessä suoritusmuodossa termo- o ™ staattijärjestely on sarjassa lämpöelementin kanssa.

4

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä kahdeksannessa suoritusmuodossa laitteen yhteysjärjestely virtalähteeseen on yhdistetty ajoneuvon moottorilämmittimen sähköjärjestelmään ja sitä kautta verkkovirtaan.

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä yhdeksännessä suoritusmuodossa laitteen 5 jokin osa, ensimmäinen osa tai lisäosa, on järjestetty lämmittämään akun pohjaa. Keksinnön mukaisen laitteen eräässä kymmenennessä suoritusmuodossa lämmit-timen siihen osaan, ensimmäiseen osaan tai lisäosaan, joka on tarkoitettu akun pohjaa vasten akun pohjan lämmittämiseksi, on kiinnitetty eristeosa, niin että eris-teosa tulee mainitun lämmittimen osan, ensimmäisen osan tai lisäosan, ja ajoneu-10 von rungon väliin, kun laite on paikoillaan.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä akun lämmittämiseksi keksinnön mukainen laite sijoitetaan lämmittämään akkua. Lämmitys tapahtuu ajoneuvon ollessa paikoillaan sellaisessa paikassa, että yhteys verkkovirtaan on mahdollinen.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä suoritusmuodossa yhteysjärjestelyssä 15 virtalähteeseen maadoitusjohdin jätetään kytkemättä. Tämä on tilanne erityisesti, kun ajoneuvon moottorilämmittimen sähkönsiirtojärjestelmää käytetään lämmitys-laitteen virtalähteenä. Lämmityselementti ei tarvitse maadoitusta, koska elementin kuori on itsessään eriste ja moottorilämmittimen johtosarja on asetusten mukaisesti maadoitettava ajoneuvon runkoon. Näin vikavirta- tai oikosulkutapauksissa 20 sähköverkon omat sulake- ja vikavirtasuojaukset ovat riittäviä.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä toisessa suoritusmuodossa termostaatti ulokkeessa olevalle termostaattijärjestelylle on asetettu lämpötila T1 ja ter-mostaattorijärjestely katkaisee virrankulun lämmityselementille, jos termostaattijär-£2 jestelyn mittaama lämpötila ylittää asetetun lämpötilan T1. Keksinnön mukaisen c\j 25 menetelmän eräässä kolmannessa suoritusmuodossa termostaattiulokkeessa 0 olevalle termostaattijärjestelylle on asetettu lämpötila T2 ja termostaattorijärjestely § kytkee virrankulun lämmityselementille, jos termostaattijärjestelyn mittaama läm- 1 pötila alittaa asetetun lämpötilan T2 ja T2 on pienempi kuin T1.

CL

£ Keksinnön etuna on, että sillä pystytään parantamaan ajoneuvon käyttöluotetta- cö 30 vuutta kylmissä olosuhteissa, δ 00 Lisäksi keksinnön etuna on, että tämän avulla pystytään tuottamaan akkulämmitin, joka on yksinkertainen ja helppo asentaa. Edelleen keksinnön mukainen akku-lämmitin vie vähän tilaa, jolloin se voidaan asentaa ahtaisiinkin tiloihin sijoitettuihin akkuihin. Keksinnön mukaisella akkulämmittimellä tuotanto- ja asennuskustan- 5 n ukset saadaan pienemmiksi kuin aiemmin tunnetuilla tuotteilla. Lisäksi keksintö tarjoaa akkulämmittimen, joka ei toimiessaan kuluta akkua millään tavalla.

Keksinnön mukainen akkulämmitin on siirrettävissä ajoneuvosta toiseen. Lisäksi samanlainen akkulämmitin sopii monille erilaisille akkutyypeille. Akkuelementti 5 voidaan myös helposti valmistaa akun mittojen mukaiseksi.

Etuna on myös, ettei keksinnön mukainen akkulämmitin sisällä osia, jotka vaatisivat huoltoa tai säätöä, mikä parantaa käyttömukavuutta.

Edelleen keksintö parantaa akkulämmittimen turvallisuutta valvomalla akun lämpötilaa luotettavasti ja tarjoamalla akkulämmittimen, jossa on mahdollisimman vä-10 hän osia, jotka voisivat aiheuttaa potentiaalisesti vaarallisia vikatoimintoja. Laitteen turvallisuutta tehostaa myös se, että laitteen kaikki komponentit ovat suljettavissa saman eristemateriaalin sisään kaasutiiviisti,

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuva 1 esittää esimerkinomaisesti kytkentäkaavion keksinnön mukaisesta ak-kulämmittimestä, kuva 2 esittää esimerkin keksinnön mukaisesta akkulämmittimestä, kuva 3 esittää kuvan 2 mukaisen akkulämmittimen sijoitettuna paikoilleen lämmittämään akkua tarkasteltuna ylhäältäpäin, 20 kuva 4 esittää kuvan 2 mukaisen akkulämmittimen sijoitettuna paikoilleen „ lämmittämään akkua tarkasteltuna yläviistosta, o , kuva 5 esittää toisen esimerkin keksinnön mukaisesta akkulämmittimestä,

C\J

cp § kuva 6 esittää kolmannen esimerkin keksinnön mukaisesta akkulämmittimestä,

X

£ kuva 7 esittää neljännen esimerkin keksinnön mukaisesta akkulämmittimestä, £ 25 kuva 8 esittää viidennen esimerkin keksinnön mukaisesta akkulämmittimestä, ° kuva 9 esittää esimerkin keksinnön mukaisen akkulämmittimen yhdistämisestä ajoneuvon moottoritilan lämmitysjärjestelmään, 6 kuva 10 esittää esimerkin järjestelystä, jossa on kaksi keksinnön mukaista akku-lämmitintä kytkettynä rinnan lämmittämään ajoneuvossa olevaa kahta akkua ja kuva 11 esittää kuvan 2 akkulämmittimen ensimmäisen osan poikkileikkausta.

5 Kuvassa 1 on esitetty esimerkinomaisesti keksinnön mukaisen akkulämmittimen kytkentäkaavio. Kuvassa on ajoneuvon akku 101. Akussa on yläpinta 102, pohja 107 ja sivut 103, jotka ovat yläpinnan ja pohjan välissä. Nämä osat määräytyvät akun käyttöasennon mukaisesti. Akun sisällä on akku nestettä 104. Akkua on järjestetty lämmittämään ajoneuvon ollessa paikoillaan akkulämmitin. Akkulämmitti-10 messä on yhteysjärjestely 105 virtalähteeseen, termostaattijärjestely 106 ja läm-pöelementti 108. Akkulämmittimen virtalähde on ajoneuvon ulkopuolella, jotta ajoneuvon energiaresursseja ei kulutettaisi. Virtalähde on verkkovirtaa. Lämpöele-mentti koostuu esimerkiksi lanka- tai metallikalvovastuksista. Oleellista on, että lämpöelementti kuumenee, kun verkkovirtaa johdetaan sen läpi. Lämpöelementti 15 sijoitetaan ainakin yhtä akun lämmitettäväksi soveltuvaa pintaa vasten. Näitä pintoja ovat akun sivut ja pohja. Akun yläpinnalla ovat akun navat, yhteysvälineet akun latausvälineeseen ja ajoneuvon sähköä tarvitseviin osiin sekä muut akun toimintaan liittyvät osat. Täten lämpöelementtiä olisi hankala sijoittaa yläpinnalle. Kuumentunut lämpöelementti lämmittää akun pintaa. Lämpö johtuu akun sisälle ja 20 akku neste ja akkukennot lämpenevät, jolloin akun sähkökemiallinen toiminta te hostuu. Termostaattorijärjestely sijoitetaan jollekin akun sivupinnalle. Edullisesti termostaattorijärjestely tulee sellaiseen kohtaan akun sivua, että se on akkunes-teen yläpinnan alapuolella kun akku on käyttöasennossaan. Termostaattorijärjestely on sijoitettu sarjaan lämpöelementin kanssa. Termostaattorijärjestely havain-co 25 noi lämpötilaa, ja siinä on välineet katkaista ja kytkeä virta tämän havaitun lämpö-° tilan perusteella. Kun termostaattorijärjestelyn akun sivussa mittaama lämpötila ώ saavuttaa jonkin tietyn arvon T1, termostaattorijärjestely katkaisee syöttövirran ® lämpöelementille. Termostaattorijärjestelyllä on lisäksi jokin toinen arvo T2, jolla o se kytkee syöttövirran lämpöelementille. T2 on pienempi kuin T1. Termostaattori-^ 30 järjestelyn toteuttamiseksi on monia valmiita piirejä tai ratkaisuja, joissa yhdistein tään piirejä tai komponentteja. Edullisesti termostaattorijärjestelyn lämpötilat T1 ja <ö T2 on valmiiksi asennettu niin, että laitteen 200 käyttäjän ei tarvitse säätää niitä, o eli lämpötilat on kiinteästi asetettu.

Kuvassa 2 on esitetty esimerkki keksinnön mukaisesta laitteesta 200 akun lämmit-35 tämiseksi. Laitteessa on ensimmäinen osa 201, lämpöelementti 202, termostaat- 7 tiuloke 203, termostaattijärjestely 204, yhde 206 ja yhteysjärjestely 205 virtalähteeseen.

Ensimmäinen osa 201 on tässä esimerkissä suorakaiteen muotoinen. Ensimmäisen osan 201 paksuus on pieni verrattuna sen muihin dimensioihin. Tällöin en-5 simmäinen osa on ohut levy. Ensimmäinen osa on valmistettu joustavasta materiaalista eli sitä voidaan taivuttaa. Ensimmäisen osan sisällä on lämpöelementti 202, joka on muodostettu esimerkiksi vastuslangoista tai -kalvosta, jotka kuumenevat sähkövirran kulkiessa niiden kautta. Tämä sähkövirta on sähköverkosta saatua verkkovirtaa. Myös lämpöelementti on taivutettavissa.

10 Ensimmäisen osan 201 lämpöelementtiä 202 ympäröivää joustavaa osaa kutsutaan tässä kuoreksi. Kuvassa 11 on kuvattu ensimmäisen osan poikkileikkausta. Kuori 1101 ympäröi lämpöelementtiä niin, että se suojaa sitä joka puolelta. Kuori on myös sähköisesti eristävää materiaalia. Kuori voi olla esimerkiksi silikonia tai jotain silikonipohjaista materiaalia kuten silikonikumia tai muuta käyttöön sopivaa 15 materiaalia. Silikonikumin käyttölämpötilarajat ovat -60 °C - +250 °C, joten se soveltuu keksinnön mukaiseen ratkaisuun. Lisäksi materiaalin on sovittava moottorin olosuhteisiin ja kestettävä mahdollisia vikatiloja, kuten esimerkiksi altistumisen akkunesteelle. Ensimmäinen osa voidaan muodostaa esimerkiksi kahdesta ensimmäisen osan muotoisesta silikonikumilevystä, joiden väliin lämpöelementti si-20 joitetaan ja silikonikumilevyt kiinnitetään toisiinsa. Tämä voidaan esimerkiksi tehdä vulkanoimalla ja puristamalla osia korkeassa lämpötilassa ja painetaan muotoonsa puristimella. Kuori voidaan esimerkiksi myös pursottaa tai valaa muottiin. Kuori voi olla eri paksuinen eri puolilla lämpöelementtiä. Tällöin ensimmäisellä osalla voi olla akkua kohti tuleva lämmityspuoli ja akusta poispäin tuleva puoli.

CO

£ 25 Kuvassa 2 ensimmäisen osan 201 laidassa on termostaatti uloke 203. Esimerkin ^ mukaisessa tapauksessa se on pitkänomainen suunnikas, joka on kiinni kapeasta 9 sivustaan ensimmäisen osan laitaan. Pää, josta termostaattiuloke on kiinni en- co o simmäisessä osassa, on ensimmäinen pää, ja pää, joka on kuvan 2 mukaisessa | asennossa kauempana ensimmäisestä osasta, on toinen pää. Tämä termostaat- ^ 30 tiulokkeen kapea sivu on lyhyempi kuin ensimmäisen osan sivu, johon termostaat- ^ tiuloke on kiinnitetty. Muutkin ratkaisut termostaattiulokkeen muodolle ovat myös ^ mahdollisia. Termostaattiuloke on samaa materiaalia kuin ensimmäinen osa, ja se

O

00 on saumattomasti kiinni ensimmäisessä osassa. Edullisesti termostaattiuloke muodostetaan samalla kuin ensimmäinen osa. Tällöin on kaksi ensimmäisen osan 35 ja termostattiulokkeen muotoista levyä, esimerkiksi silikonikumilevyä, joiden väliin sijoitetaan lämpöelementti ja muut keksinnön mukaisen laitteen osat. Edullisesti 8 nämä keksinnön mukaisen laitteen osat ovat kuoren sisällä kaasu- ja nestetiiviisti, eli ympäristö ei pääse vaikuttamaan laitteeseen. Tällaisia voivat esimerkiksi olla akkunesteet, akusta pääsevät kaasut, pakokaasut, vesiroiskeet ja vastaavat.

Termostaattiulokkeessa 203 on termostaattijärjestely 204 ja yhde 206, jotka ovat 5 termostaattiulokkeen sisällä kuoren suojaamina. Yhde yhdistää lämpöelementin 202 ja yhteysjärjestelyn 205 virtalähteeseen. Termostaattijärjestely sijoitetaan termostaattiulokkeessa siten, että käännettäessä termostaattiuloke akun sivua vasten termostaattijärjestely tulee akun sivulla sellaiseen kohtaan, että se on ak-kunesteen yläpinnan alapuolella. Termostaattiulokkeessa on järjestely, jolla yhde 10 ja yhteysjärjestely 205 virtalähteeseen yhdistetään. Edullisesti tämä on sijoitettu lähelle termostaattijärjestelyä siten, että nämä voidaan suojata yhteisesti esimerkiksi jollain rakenteella. Nämä sijoitetaan termostaattiulokkeen toiseen päähän. Tällöin yhteysjärjestely virtalähteeseen voi liittyä termostaattiulokkeen toiseen päähän. Yhteysjärjestely voidaan liittää laitteeseen 200 myös muustakin kohti, 15 mutta johdotus järjestetään kulkemaan termostaattijärjestelyn kautta, jotta syöttövirta voidaan katkaista termostaattijärjestelyn havaittua asetetun lämpötilan arvon T1 tai kytkeä päälle akun jäähdyttyä raja-arvon T2 alapuolelle. Edullisesti termos-taattorijärjestely on sijoitettu niin, että lämpöelementti ei vaikuta termostaattorijär-jestelyn toimintaan eli termostaattorijärjestely ei mittaa lämpöelementin lämpötilaa 20 vaan akun kyljen lämpötilaa, joka on verrannollinen akun sisälämpötilaan.

Yhteysjärjestely 205 virtalähteeseen voi olla johto, joka liittyy johonkin sähköjärjestelmään tai -lähteeseen tai liitin tai vastaava, joka on kytkettävissä johtoon. Yhteysjärjestely voi esimerkiksi olla eristetty sähköjohto, joka on liitetty ajoneuvon moottorilämmittimen sähköjärjestelmään, tai termostaattiulokkeessa oleva pistoke, „ 25 johon sähköjohto voidaan kytkeä, δ ^ Yhde 206 yhdistää lämpöelementin 202 ja termostaattorijärjestelyn 204 ja yhteys- 9 järjestelyn 205 virtalähteeseen niin, että sähkövirta virtalähteestä voi kulkea läm-

(D

o pöelementin ja termostaattorijärjestelyn kautta. Yhde on termostaattiulokkeen si- | säliä. Yhde voi yltää myös ensimmäisen osan 201 sisälle.

n 30 Kuvassa 3 on kuvan 2 laite, jota ollaan sijoittamassa akun 301 lämmittämiseksi ^ akun yläpinnan suunnasta tarkasteltuna. Ensimmäinen osa 201 on asetettu akun c3 pohjan alle niin, että lämpöelementti lämmittää akun pohjaa. Ensimmäinen osa on tällöin akun ja ajoneuvon rungon välissä. Koska akku itsessään on varsin painava ja siinä on järjestely akun kiinnittämiseksi, ensimmäistä osaa ei välttämättä tarvit-35 se kiinnittää mihinkään. Akun paino pitää ensimmäisen osan paikoillaan. Koska 9 ensimmäinen osa on ohut verrattuna akkuun, akun alkuperäiseen kiinnitysjärjeste-lyyn ei tarvitse tehdä muutoksia. Tämä on hyödyllistä varsinkin nykyaikaisissa ajoneuvojen moottoreissa, joiden tilaratkaisut ovat hyvin optimoituja eli niissä ei ole kovinkaan paljoa ylimääräistä tilaa. Ensimmäisen osan muoto ja koko on valittu 5 niin, että se on oleellisesti akun pohjan muotoinen, jolloin lämmitys on tasaista. Termostaattiuloke 203 on sen muotoinen, että se ei jää akun alle. Termostaat-tiulokkeen toisessa päässä on suojakotelo 302 termostaattijärjestelylle ja järjestelylle yhteen 206 ja yhteysjärjestelyn 205 virtalähteeseen yhdistämiseksi. Suojakotelo suojaa mainittuja komponentteja. Se on asemoitu niin, että termostaattorijär-10 jestelyn lämpötilan mittaus ei häiriinny.

Kuvassa 4 on kuvan 2 laite paikoillaan akun 301 lämmittämiseksi tarkasteltuna yläviistosta. Akussa on yläpinta 402, sivut 401 ja pohja (ei näy kuvassa). Laitteen ensimmäinen osa on akun pohjan alla. Tässä esimerkissä on ensimmäisen osan ja ajoneuvon rungon väliin sijoitettu eristeosa 403. Tämä on sijoitettu niin, että es-15 tetään lämmön johtuminen ajoneuvon runkoon. Eristeosan muoto ja mitat ovat sellaiset, että akun alkuperäiseen kiinnitykseen ei tarvitse tehdä muutoksia. Eristeosa voi olla esimerkiksi solumuovia, ja sen paksuus voi olla 5-10 mm. Näin lämpöelementin tuottama lämpö johtuu pääasiassa akkuun. Eristeosa voidaan asettaa paikoilleen erikseen, tai se voidaan kiinnittää valmiiksi ensimmäisen osan 20 yhdelle puolelle. Ensimmäinen osa voidaan myös muotoilla niin, että kuori muodostaa sen yhdelle pinnalle eristeosan eli kuori on paksumpi ensimmäisen osan yhdellä puolella.

Ensimmäinen osa sijoitetaan akun alle niin, että termostaattoriuloke 203 ei jää akun alle. Koska termostaattoriuloke on muodostettu samasta joustavasta kuori- co 25 materiaalista kuin ensimmäinen osakin, sitä voidaan taivutella. Termostaattoriulo- o ke taivutetaan akun sivua 401 vasten niin, että termostaattorijärjestely tulee sivua oj vasten. Termostaattoriuloke kiinnitetään akun kylkeen esimerkiksi kaksipuolisella ^ teipillä, nippusiteellä, kiristettävällä hihnalla tai muulla vastaavalla kiinnitysjärjeste- o τ lyllä. Samalla voidaan myös sijoittaa termostaattoriulokkeen toisessa päässä kiinni £ 30 oleva yhteysjärjestely 205 virtalähteeseen sellaiseen asentoon, että se on kiinni- tettävissä moottoritilaan mahdollisimman tukevasti ja helposti. Termostaattoriulok-S keen muoto on sellainen, että termostaattorijärjestely saadaan sijoitettua akun δ kylkeen lähelle akun kennojen yläreunaa, jolloin mitattu lämpötila on verrannolli nen akkunesteen lämpötilaan. Termostaattoriulokkeen ei tarvitse olla kiinni akun 35 pinnassa; riittää että termostaattoriulokkeen se osa, jossa termostaattorijärjestely 10 on, tulee kosketuksiin akun pinnan kanssa. Termostaattoriuloke voi siis paikoilleen asetettuna olla taivutettuna tai suorana.

Testeissä on saatu lämpöelementin tehoksi henkilöauton kokoluokkaa olevalle akulle 45-70 wattia. Suurempimassaisille akuille, kuten kuorma- tai linja-auton 5 akulle, on lämpöelementin tehon oltava vastaavasti suurempi, kuten esimerkiksi 70-200 wattia. Talvioloissa 8 tunnin yhtäjaksoisessa käytössä eräällä keksinnön mukaisella 60 watin akkulämmittimellä varustettu henkilöauton akun lämpötila ei noussut yli 35 °C. Eräiksi lämmittimen termostaattijärjestelyn poiskytkeytymisra-jaksi T1 testien perusteella valittiin 36 °C ja päällekytkeytymisarvoksi T2 25 °C. 10 Termostaatin arvot voivat olla muitakin, mutta liian korkea akun lämpötila kuluttaa akkua ja lyhentää sen ikää. Eräällä keksinnön mukaisella ratkaisulla kylmä ak-kuneste lämpenee alussa noin 12-15 °C lämmitystuntia kohden. Myöhemmin lämpötilan nousu hidastuu, kun akku kuorien lämmetessä ryhtyy luovuttamaan ylimääräistä lämpöä ympäristöönsä. Ajoneuvon moottorin lämmitykseen tarvittava 15 aika, noin 2-3 tuntia, riittää hyvin nostamaan akun lämpötilan lukemiin, jotka vastaavat lämpimän ajankohdan lukemia. Testeissä on havaittu, että ajoneuvon käynnistyksen jälkeen, kun akkulämmittimen virta oli katkaistu, akku säilytti lämpötilan vielä pitkään lämpöenergian tasaantuessa akussa. Akkuneste jopa hieman vielä lämpenee lämpöelementin lopettaessa ja taas akun jäähtyessä vastaavasti 20 akun pintalämpötila putoaa nopeammin kuin akkunesteen lämpötila. Tämän ominaisuuden ansiosta käynnistyksen jälkeen lähdettäessä liikkeelle akku pysyy pitkään lämpimänä ja voi heti vastaanottaa käynnistyksen aikana menettämänsä virran täysimääräisesti takaisin. Hyöty tulee esille erityisesti lyhyttä matkaa ajettaessa, jolloin on tärkeätä saada käynnistyksessä menetetty virta tehokkaasti ja no-25 peasti takaisin.

CO

o Kuvassa 5 on toinen esimerkki keksinnön mukaisesta laitteesta akun 502 lämmit- cvj tämiseksi. Laitteessa on ensimmäinen osa 506, termostaattiuloke 504 sekä ter- o ^ mostaattorijärjestely 505, joka voi olla suojakotelon suojaama. Lisäksi laiteessa on

O

lisäosa 501. Lisäosa on ensimmäisen osan laidassa. Lisäosa on muodostettu liit-£ 30 tymään saumattomasti ensimmäisen osan kuoreen. Lisäosan kuori on samaa ma- £ teriaalia kuin ensimmäisessä osassa. Lisäosan sisällä on lämpöelementti, joka on S samaa lämpöelementtiä kuin ensimmäisessä osassa. Lisäosa on tarkoitettu läm- 5 mittämään jotain akun pintaa, joka on sen pinnan vieressä, jota ensimmäinen osa

C\J

on tarkoitettu lämmittämään. Kuvan mukaisessa tapauksessa ensimmäinen osa 35 on sijoitettu lämmittämään akun pitkää sivua ja lisäosa on ensimmäisen osan siinä laidassa, joka on vastapäätä sitä laitaa, jossa termostaattiuloke on. Lisäosa voi- 11 daan taivuttaa lämmittämään akun päätysivua, ja termostaattoriuloke voidaan taivuttaa toiselle akun päätysivulle, niin että termostaattorijärjestely mittaa lämpötilaa. Lämpöelementin rakenne on valittu sellaiseksi, että se on taivuteltavissa. Lämpöelementtiä voidaan suojata esimerkiksi niin, että taitekohdassa ensimmäi-5 sen osan ja lisäosan välillä on sähköjohdotus, jolla lämpöelementin ensimmäisen osan ja lisäosan osat yhdistetään. Lämpöelementin rakennetta voidaan myös muuttaa mainitussa taitekohdassa enemmän taivutusta kestäväksi. Kuvassa 8 on esimerkki lämpöelementin sijoittelusta ensimmäisen osan ja lisäosan välillä.

Lisäosa 501 muodostetaan samalla tavoin kuin termostaattiuloke 504. Tällöin on 10 kaksi ensimmäisen osan, termostattiulokkeen ja lisäosan muotoista esimerkiksi silikonikumilevyä, joiden väliin sijoitetaan lämpöelementti ja muut keksinnön mukaisen laitteen osat. Nämä levyt kiinnitetään toisiinsa materiaalin vaatimalla tavalla, joka voi esimerkiksi olla kuumennus. Valmistus voidaan toteuttaa myös muottiin valamalla tai pursottamalla. Esimerkin mukaisessa tapauksessa lisäosan lai-15 dan leveys on yhtä suuri kuin ensimmäisen osan laidan leveys, mutta se voi olla muukin. Lisäosia voi myös olla enemmän kuin yksi. Myös lisäosaan voidaan kiinnittää lisäosa. Lisäosat voidaan kiinnittää akkuun termostaattiulokkeen tavoin, mutta esimerkiksi teippiä käytettäessä on huomioitava lisäosassa olevan lämpö-elementin vaikutus kiinnitysjärjestelyyn.

20 Kuvan 5 mukainen järjestely voi olla esimerkiksi tarpeen, jos halutaan sijoittaa laite akun lämmittämiseksi irrottamatta akkua paikoiltaan.

Kuvassa 6 on kolmas esimerkki keksinnön mukaisesta laitteesta akun 601 lämmittämiseksi. Laitteessa on ensimmäinen osa, joka kuvassa on akun alla ja sen reunat on merkitty katkoviivalla, termostaattiuloke 607 sekä termostaattorijärjestely

CO

5 25 603, joka voi olla suojakotelon suojaama. Lisäksi laiteessa on ensimmäinen lisä- osa 602, toinen lisäosa 604 ja kolmas lisäosa 605, jotka ovat kiinni ensimmäisen

C\J

9 osan laidoissa niin, että kukin lisäosa ja termostaattiuloke ovat omassa laidas- o saan. Esimerkin mukaisella sovellusmuodolla saadaan aikaan laite, joka lämmit- ϊ tää akkua kolmelta sivulta ja akun pohjasta ja jossa termostaattoriuloke tulee ^ 30 omalle sivulleen 606. Tämän kaltainen ratkaisu voi olla tarpeen, jos käytetään pie- ^ nitehoista lämpöelementtiä massaltaan suuren akun lämmittämiseen. Tällainen £ voi olla esimerkiksi hybridi- tai sähköautossa. Tässäkin suoritusmuodossa jätetään o ™ akun se sivu 606, jolla termostaattiuloke on, vapaaksi lämmittävistä osista.

Kuvassa 7 on neljäs esimerkki keksinnön mukaisesta laitteesta akun 702 lämmit-35 tämiseksi. Laitteessa on ensimmäinen osa, joka kuvassa on akun alla ja sen reu- 12 nat on merkitty katkoviivalla, termostaattiuloke 704, termostaattorijärjestely 705, joka voi olla suojakotelon suojaama sekä lisäosa 701. Esimerkki on käytännössä samanlainen kuin kuvassa 5 esitetty, mutta tässä laite on järjestetty niin, että ensimmäinen osa tulee akun alle ja lisäosa taivutetaan akun päätysivulle. Tällöin 5 lisäosa on sen kokoinen, että se ei ulotu akun yläpinnan päälle. Kuvan 5 esimerkissä lisäosa voi olla pidempi kuin akun päätysivun leveys, koska se voidaan järjestää taivutettavaksi edelleen toiselle pitkälle sivulle. Näin voidaan siis valmistaa keksinnön mukaisia akkulämmittimiä, jossa yhtä akkulämmitintä voidaan käyttää eri dimensioisten akkujen lämmitykseen.

10 Kuvassa 8 on viides esimerkki keksinnön mukaisesta laitteesta 800. Laitteessa on ensimmäinen osa 804, lisäosa 802, termostaattiuloke 803, termostaattorijärjestely 805, yhteysjärjestely 806 virtalähteeseen ja lämpöelementti 801. Esimerkin mukaisessa tapauksessa lämpöelementti yltää ensimmäisestä osasta lisäosaan. Kuvassa lämpöelementissä oleva epäjatkuvuuskohta kuvaa taitekohtaa ensimmäi-15 sen osan ja lisäosan välillä. Lämpöelementti on jatkuva ja sen rakenne on valittu niin, että se kestää taitoksen. Kuvan mukaisessa esimerkissä lämmitettävä akku voidaan sijoittaa joko ensimmäisen osan päälle tai lisäosan päälle. Jos akku sijoitetaan ensimmäisen osan päälle, lisäosa taivutetaan akun kylkeä vasten ja termostaattiuloke taivutetaan akun sivuun kuvan 4 esimerkin tavoin. Jos taas akku sijoi-20 tetaan lisäosan päälle, ensimmäinen osa taivutetaan akun kylkeä vasten ja termostaattiuloke taivutetaan akun sivuun kuvan 5 esimerkin tavoin eli tällöin termos-taattoriuloke on oleellisesti akun pinnan suuntainen. Molemmissa tapauksissa voidaan tarvittaessa termostaattijärjestelyn paikka akun kyljessä valita termostaattiuloketta taivuttamalla.

„ 25 Kuvassa 9 on esimerkki keksinnön mukaisen akkulämmittimen yhdistämisestä o ajoneuvon 901 moottoritilan lämmitysjärjestelmään. Ajoneuvon moottorin lämmit- cvj tämiseksi on moottorilämmitin 904 ja ajoneuvon sisätilanlämmitin 903. Nämä on ^ yhdistetty sähköjärjestelmään, jossa on ulkoliitin 908. Tämä ulkoliitin on ajoneu-

O

vossa edullisesti sellaisessa paikassa, että se on saavutettavissa avaamatta koti 30 nepeltiä. Tähän liittimeen voidaan kytkeä johto 909, jolla mainittu sähköjärjestelmä £ voidaan yhdistää verkkovirtalähteeseen 902. Näin moottoritilan lämmitysjärjestel- cö mälle voidaan saada sähkövirtaa. Ajoneuvon moottoritilassa on akku 906, jota o lämmittämään on järjestetty keksinnön mukainen laite 907. Moottoritilan lämmitys-

CM

järjestelmän sähköjärjestelmään on kytketty liitin 910, johon yhteysjärjestely 905 35 virtalähteeseen on liitettävissä sähkövirran tuomiseksi laitteelle akun lämmittämiseksi. Mainittu liitin on edullisesti standardinmukainen, jolloin sen kytkeminen on 13 helppoa. Eräs tällainen pistoketyyppi on EN 50066. Kytkettäessä moottoritilan lämmitysjärjestelmä kuvan mukaisella järjestelyllä päälle myös keksinnön mukainen akkulämmitin 907 kytkeytyy päälle. Akkulämmittimen lämmitysteho valitaan niin, että akku lämpenee normaalin moottorin lämmityksen aikana. Yleisesti tämä 5 aika on noin 1-3 tuntia.

Kuvassa 10 on esimerkki järjestelystä, jossa on kaksi keksinnön mukaista akku-lämmitintä kytkettynä rinnan lämmittämään ajoneuvossa olevaa kahta akkua. Selkeyden vuoksi ajoneuvo on jätetty kuvasta. Ajoneuvossa on ensimmäinen akku 1001 ja toinen akku 1002. Näitä lämmittämään on järjestetty ensimmäinen akku-10 lämmitin 1008 ja toinen akkulämmitin 1005. Akkulämmittimet on eristetty ajoneuvon rungosta ensimmäisellä eristeosalla 1007 ja toisella eristeosalla 1004. Akku-lämmittimissä on ensimmäinen yhteysjärjestely 1009 ja toinen yhteysjärjestely 1006 virtalähteeseen kytkemiseksi. Yhteysjärjestelyt on kytketty liittimeen 1010. Edullisesti liitin on standardinmukainen. Eräs mahdollinen liitin on EN 60309, joka 15 on pistoketyyppi, jota käytetään esimerkiksi matkailuajoneuvoissa, kun ne kytketään verkkovirtaan. Liittimeen kytketään johto 1011, joka on yhteydessä verkkovir-talähteeseen 1003. Tällainen järjestely on hyödyllinen, jos halutaan erottaa moot-torilämmitin ja akkulämmitin, esimerkiksi jos akkulämmitin on suuritehoinen tai akkulämmittimiä on useita tai jos halutaan sijoittaa akkulämmitin ajoneuvoon, jos-20 sa ei ole moottorilämmitintä.

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisia edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

CO

o C\1

CNJ

cp

CD

O

X

cc

CL

r·-.

r-.

co δ c\j

Claims (14)

14

1. Laite (200, 800) ajoneuvon (901) akun (101, 301, 502, 601, 702, 906, 1001, 1002) lämmittämiseksi, kun akku on paikoillaan ajoneuvossa, jossa laitteessa on verkkovirralla toimiva lämpöelementti (108, 202, 801) akun lämmittämiseksi, yh- 5 teysjärjestely (105, 205, 804, 905) virtalähteeseen, termostaattijärjestely (106, 204, 505, 603, 705, 805), ensimmäinen osa (201, 506, 804), jossa on mainittu lämpöelementti, ja kuori (1101), joka ympäröi ensimmäistä osaa ja joka on valmistettu joustavasta materiaalista, tunnettu siitä, että ensimmäinen osa on akun jonkin pinnan lämmittämiseksi, joita pintoja ovat akun sivut (103, 401, 503, 606, 703) 10 ja pohja (107), ja laitteessa on lisäksi - termostaattiuloke (203, 504, 607, 704, 803), joka on ensimmäisen osan laidassa ja jossa on termostaattijärjestely ja yhde (206) lämpöelementistä yhteysjärjestelyyn virtalähteeseen, ja termostaattiuloke on samaa materiaalia kuin mainittu kuori, ja termostaattiuloke on saumattomasti kiinni en-15 simmäisessä osassa, ja termostaattiuloke on järjestetty käännettäväksi akun jollekin toiselle pinnalle kuin sille, jota mainittu ensimmäinen osa on tarkoitettu lämmittämään, niin että termostaattijärjestely on tällöin vasten mainittua akun toista pintaa, ja termostaattijärjestelyn sijainti termostaat-tiulokkeessa on järjestetty niin, että termostaattijärjestelyn sijainti, kun lai-20 te on paikoillaan akun lämmittämiseksi, on akun sivussa akkunesteen (104) pintatason alapuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että termostaattijärjestely (106, 204, 505, 603, 705, 805) on oleellisesti termostaattiulokkeen (203, 504, 607, 704, 803) siinä päässä, joka on kauempana ensimmäisen osan $2 25 (201, 506, 804) laidasta, jossa termostaattiuloke on. 0 C\J i

^ 3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-2 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, g että kuori termostaattiulokkeessa (203, 504, 607, 704, 803) on järjestetty suojaa- 1 maan termostaattijärjestelyä (106, 204, 505, 603, 705, 805) ja yhdettä (206). CC CL

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, ^ 30 että ensimmäinen osa (201, 506, 804) on oleellisesti sen akun pinnan muotoinen, ^ jota mainittu ensimmäinen osa on tarkoitettu lämmittämään.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että ensimmäisen osan (201, 506, 804) yhdessä tai useammassa laidassa on yksi 15 tai useampi lisäosa (501; 602, 604, 605; 701; 802), jossa on lämpöelementti kuoren (1101) sisällä, joka lämpöelementti (108, 202, 801) on jatkuva ensimmäisen osan lämpöelementistä, ja kuori ensimmäisen osan ja kuori lisäosan tai lisäosien välillä on saumaton.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että lisäosa (501; 602, 604, 605; 701; 802) on järjestetty taivutettavaksi niin, että laitteen ollessa paikoillaan, se tulee sellaista akun pintaa vasten, joka on sen akun pinnan vieressä, jota ensimmäisen osan (201, 506, 804) on tarkoitettu lämmittävän.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, 10 että termostaattijärjestely (106, 204, 505, 603, 705, 805) on sarjassa lämpöele- mentin (108, 202, 801) kanssa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että laitteen yhteysjärjestely (105, 205, 806, 905) virtalähteeseen on yhdistetty ajoneuvon (901) moottorilämmittimen sähköjärjestelmään ja sitä kautta verkkovir- 15 taan.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että laitteen jokin osa, ensimmäinen osa (201, 506, 804) tai lisäosa (501; 602, 604, 605; 701; 802), on järjestetty lämmittämään akun pohjaa (107).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite (200, 800), tunnettu siitä, että lämmit-20 timen siihen osaan, ensimmäiseen osaan (201, 506, 804) tai lisäosaan (501; 602, 604, 605; 701; 802), joka on tarkoitettu akun pohjaa (107) vasten akun pohjan CO 5 lämmittämiseksi, on kiinnitetty eristeosa (403, 1004, 1007), niin että eristeosa tu- C\J ^ lee mainitun lämmittimen osan, ensimmäisen osan tai lisäosan, ja ajoneuvon 9 (901) rungon väliin, kun laite on paikoillaan. <x» o x 25

11. Menetelmä ajoneuvon (901) akun (101, 301, 502, 601, 702, 906, 1001, 1002) lämmittämiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä sijoitetaan vaatimuksen n- 1 mukainen laite lämmittämään mainittua akkua. CD

^ 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhteysjär- ^ jestelyssä virtalähteeseen maadoitusjohdin jätetään kytkemättä ja maadoitus teh- 30 dään suoraan verkkovirtalähteestä ajoneuvon runkoon. 16

13. Jonkin patenttivaatimuksen 11-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että termostaattiulokkeessa (203, 504, 607, 704, 803) olevalle termostaattijärjestelylle (106, 204, 505, 603, 705, 805) on asetettu lämpötila T1 ja termostaattijärjestely katkaisee virrankulun lämpöelementille (108, 202, 801), jos termostaattijärjestelyn 5 mittaama lämpötila ylittää asetetun lämpötilan T1.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että termostaattiulokkeessa (203, 504, 607, 704, 803) olevalle termostaattijärjestelylle (106, 204, 505, 603, 705, 805) on asetettu lämpötila T2 ja termostaattijärjestely kytkee virrankulun lämpöelementille (108, 202, 801), jos termostaattijärjestelyn mittaama 10 lämpötila alittaa asetetun lämpötilan T2 ja T2 on pienempi kuin T1. CO o CM CM O CO o X X CL h- cö o CM 17